JP2014152963A

JP2014152963A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2014152963A
Application number: JP2013021401A
Authority: JP
Inventors: Koji Noisshiki; 公二野一色; Yasutake Miwa; 泰健三輪
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2013-02-06
Filing date: 2013-02-06
Publication date: 2014-08-25
Anticipated expiration: 2033-02-06
Also published as: WO2014122890A1; JP6215539B2

Abstract

【課題】流路構造体内で熱交換を行う二流路のうちの一方の流路から流体が漏洩した場合に、その漏洩した流体がもう一方の流路を流れる流体に混入する前にその流体の漏洩を検知することが可能な熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器は、被冷却流体を流通させる複数の第１流路１２が配列された第１基板１８と、冷却流体を流通させる複数の第２流路１４が配列された第２基板２０と、媒介流体が入った第３流体室１６が設けられた第３基板２２とが積層された積層体２６を有する流路構造体６を備え、第３基板２２は、第１基板１８と第２基板２０との間に介在している。
【選択図】図３

Description

本発明は、熱交換器に関するものである。

従来、第１流体と第２流体とをそれぞれ流通させながらそれらの流体同士の間で熱交換させる熱交換器が知られており、そのような熱交換器の一例が下記特許文献１に示されている。

下記特許文献１に開示された熱交換器は、第１流体を流す多数の第１流体流路と、第２流体を流す多数の第２流体流路とが内部に設けられた流路構造体を備えている。この流路構造体は、第１流体流路を形成するための複数の溝部が並列状態で形成された板面を有する複数の第１鋼板と、第２流体流路を形成するための複数の溝部が並列状態で形成された板面を有する複数の第２鋼板とが交互に積層されることによって形成されている。この流路構造体では、第１鋼板と第２鋼板との積層方向において、第１流体流路と第２流体流路とが交互に配置されている。そして、各第１流体流路に第１流体が流されるとともに各第２流体流路に第２流体が流されることによって、第１流体流路を流れる第１流体とその第１流体流路に隣り合う第２流体流路を流れる第２流体とが熱交換するようになっている。

特開昭６４−３４９６号公報

しかしながら、上記の従来の熱交換器では、流路構造体のうち積層された鋼板間の部位に損傷が生じて第１流体流路からの第１流体の漏洩及び／又は第２流体流路からの第２流体の漏洩が生じた場合に、その漏洩の発見が遅れ、漏洩した第１流体が第２流体流路を流れる第２流体に混入したり、漏洩した第２流体が第１流体流路を流れる第１流体に混入したりするという問題が生じる。

具体的には、第１流体流路及び第２流体流路を流れる流体の圧力変動などに起因して、流路構造体の内部において、積層された鋼板間の部位に亀裂等の損傷が生じたとしても、その損傷部位を目視することは不可能である。このため、このような損傷が生じて、その損傷部位を通じて第１流体流路から第１流体が漏洩していたり、第２流体流路から第２流体が漏洩していたりしたとしても、その漏洩に気づきにくく、その漏洩の発見が遅れてしまう。そして、上記熱交換器の流路構造体では、第１流体流路が配列された層と第２流体流路が配列された層とが隣接しているため、第１流体流路から漏洩した第１流体は第２流体流路内に浸入してその流路内を流れる第２流体に混入し、第２流体流路から漏洩した第２流体は第１流体流路内に浸入してその流路内を流れる第１流体に混入する可能性が高い。

この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、流路構造体内で熱交換を行う二流路のうちの一方の流路から流体が漏洩した場合に、その漏洩した流体がもう一方の流路を流れる流体に混入する前にその流体の漏洩を検知することが可能な熱交換器を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明による熱交換器は、第１流体と第２流体とをそれぞれ流通させながらそれらの流体同士の間で熱交換させる熱交換器であって、前記第１流体を流通させる複数の第１流路が配列された第１層と、前記第２流体を流通させる複数の第２流路が配列された第２層と、第３流体が入った第３流体室が設けられた第３層とが積層された積層体を有する流路構造体を備え、前記第３層は、前記第１層と前記第２層との間に介在している。

この熱交換器では、流路構造体を構成する積層体において、複数の第１流路が配列された第１層と複数の第２流路が配列された第２層との間に、第３流体室が設けられた第３層が介在しているため、流路構造体内の第１流路を形成する積層板間の部位に損傷が生じて第１流路から第１流体が漏洩したり、流路構造体内の第２流路を形成する積層板間の部位に損傷が生じて第２流路から第２流体が漏洩したりした場合には、第１流路から漏洩した第１流体は第２流路に浸入する前に第３層の第３流体室に流れ込み、第２流路から漏洩した第２流体は第１流路に浸入する前に第３層の第３流体室に流れ込む。このため、例えば、第３流体室内の第３流体の圧力や成分等の状態を監視しておくことで、第１流路から漏洩した第１流体が第２流路を流れる第２流体に混入する前にその第１流体の漏洩を検知することができるとともに、第２流路から漏洩した第２流体が第１流路を流れる第１流体に混入する前にその第２流体の漏洩を検知することができる。

上記熱交換器において、前記第３流体室に接続され、前記第１流路から前記第３流体室への前記第１流体の漏洩及び前記第２流路から前記第３流体室への前記第２流体の漏洩のうち少なくとも一方を検知する漏れ検知装置を備えることが好ましい。

この構成によれば、漏れ検知装置により、第１流路からの第１流体の漏洩及び／又は第２流路からの第２流体の漏洩の有無の監視を容易に行うことができる。

この場合において、前記漏れ検知装置は、前記第３流体室内の前記第３流体の圧力を検知する圧力計を有していてもよい。

この構成では、第３流体室の内圧を第１流体及び第２流体の運転圧力よりも低く保てば、圧力計による第３流体の圧力検知により、第３流体室に第１流体及び／又は第２流体が浸入したときにそれを検知することができる。

上記熱交換器において、前記第３流体は、空気の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有することが好ましい。

この構成によれば、第１流路を流れる第１流体と第２流路を流れる第２流体との間での熱交換がそれらの流路間で第３流体によって阻害されるのを抑制することができる。

上記熱交換器において、前記第３流体室内の前記第３流体を流動させる流動装置を備えることが好ましい。

この構成によれば、流動装置により第３流体室内の第３流体を流動させることができるので、第３流体室内における第３流体の温度分布を早急に均一化してその第３流体による伝熱性能、すなわち熱交換の媒介性能を向上させることができる。

以上説明したように、本発明の熱交換器によれば、流路構造体内で熱交換を行う二流路のうちの一方の流路から流体が漏洩した場合に、その漏洩した流体がもう一方の流路を流れる流体に混入する前にその流体の漏洩を検知することができる。

本発明の第１実施形態による熱交換器を基板積層方向における一方側から見た正面図である。図１に示した熱交換器本体を図１における右側から見た側面図である。図２に示した熱交換器本体を構成する流路構造体の部分的な断面図である。図２に示した熱交換器本体の流路構造体において第１流路を形成する第１基板の平面図である。図２に示した熱交換器本体の流路構造体において第２流路を形成する第２基板の平面図である。図２に示した熱交換器本体の流路構造体において第３流体室を形成する第３基板の平面図である。本発明の第２実施形態による熱交換器の図１相当図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
まず、図１〜図６を参照して、本発明の第１実施形態による熱交換器の構成について説明する。

この第１実施形態による熱交換器は、多数のマイクロチャネル（微細流路）を有し、その各マイクロチャネルにそれぞれ流体を流通させながら、その流体同士の間で熱交換を行わせる、いわゆるマイクロチャネル熱交換器である。具体的には、この第１実施形態の熱交換器は、被冷却流体と非常に低温の冷却流体とを流通させながら、その被冷却流体と冷却流体との間の熱交換により被冷却流体を冷却するために用いられる。このような熱交換器は、例えば、水素ステーション等において燃料電池車に高圧の水素ガスを供給するための供給装置に装備される。熱交換器は、水素ガスが圧縮による発熱で温度上昇することを避けるため、水素ガスを充填前に氷点下の低温にまで冷却するために用いられる。

この第１実施形態による熱交換器は、図１に示すように、熱交換器本体２と、漏れ検知装置４とを備えている。

熱交換器本体２は、多数の流路が内部に設けられた流路構造体６と、流路構造体６内の後述する第２流路１４に冷却流体を供給するための供給ヘッダ８と、後述する第２流路１４から冷却流体を排出するための排出ヘッダ１０とを有する。

流路構造体６は、直方体状の外形を有している。流路構造体６の内部には、図３に示すように、多数の第１流路１２と、多数の第２流路１４と、多数の第３流体室１６とが設けられている。第１流路１２は、被冷却流体を流通させるものであり、被冷却流体は、本発明の第１流体の一例である。第２流路１４は、被冷却流体を冷却するための冷却流体を流通させるものであり、冷却流体は、本発明の第２流体の一例である。各第３流体室１６には、第１流路１２を流れる被冷却流体と第２流路１４を流れる冷却流体との間の熱交換を媒介する媒介流体が一杯に充填されて封入されている。すなわち、各第３流体室１６は、媒介流体で満たされている。媒介流体は、空気の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する流体であり、本発明の第３流体の一例である。

流路構造体６は、図２に示すように、複数の第１基板１８と、複数の第２基板２０と、複数の第３基板２２と、一対の端板２４とによって形成されている。具体的には、第２基板２０、第３基板２２、第１基板１８、第３基板２２の順番で各基板１８，２０，２２が繰り返し積層されて多数の基板１８，２０，２２の積層体２６が形成され、その積層体２６の基板１８，２０，２２の積層方向における両側に一対の端板２４が分かれて積層されることによって流路構造体６が形成されている。各第１基板１８には、複数の第１流路１２がそれぞれ配列され、各第２基板２０には、複数の第２流路１４がそれぞれ配列され、各第３基板２２には、複数の第３流体室１６がそれぞれ配列されている。各基板１８，２０，２２は、例えばステンレス鋼等によって形成された薄い平板である。積層された基板１８，２０，２２は、それらの互いに接触する板面同士が拡散接合されることによって一体化されている。なお、第１基板１８は、本発明の第１層の一例であり、第２基板２０は、本発明の第２層の一例であり、第３層２２は、本発明の第３層の一例である。

各第１基板１８の一方の板面（図４参照）には、複数の第１流路１２を形成するための複数の第１流路用溝部３２が形成されている。なお、図４では、第１基板１８に形成された複数の第１流路用溝部３２全体の外形を示しており、第１流路用溝部３２の１本ずつの図示については省略しているが、図４に示した外形内に複数の第１流路用溝部３２が並列配置されている。第１基板１８の前記一方の板面における複数の第１流路用溝部３２の開口がその板面上に積層された第３基板２２で封止されることによって、その一方の板面側に配列された複数の第１流路１２が形成されている。

流路構造体６のうち第１基板１８の長手方向の一端近傍で且つ第１基板１８の幅方向の一端近傍の位置には、各第１流路１２へ被冷却流体を導入するための第１導入口１２ａが形成されている。第１導入口１２ａは、各基板１８，２０，２２と一対の端板２４のうちの一方の端板２４とを同じ位置で厚み方向に貫通して連通する貫通穴によって構成されている。これにより、第１導入口１２ａは、基板１８，２０，２２の積層方向に連続し、前記一方の端板２４の表側の板面において開口した穴となっている。また、各第１基板１８の板面側にそれぞれ配列された複数の第１流路１２は、全て、この第１導入口１２ａに繋がっている。すなわち、第１導入口１２ａは、流路構造体６内に設けられた全ての第１流路１２に共通の被冷却流体の導入口となっている。

流路構造体６のうち第１基板１８の長手方向及び幅方向において第１導入口１２ａと反対側の端部近傍の位置には、各第１流路１２を流れた被冷却流体を排出するための第１排出口１２ｂが形成されている。第１排出口１２ｂは、第１導入口１２ａと同様、各基板１８，２０，２２と前記一方の端板２４を同じ位置で厚み方向に貫通して連通する貫通穴によって構成されている。また、第１排出口１２ｂは、第１導入口１２ａと同様、流路構造体６内に設けられた全ての第１流路１２に共通の被冷却流体の排出口となっている。

第１流路１２は、第１導入口１２ａと第１排出口１２ｂの間で、第１基板１８の幅方向の一方側から他方側へ直線的に延びる部分と、その部分から折り返されて第１基板１８の幅方向の前記他方側から前記一方側へ直線的に延びる部分とが繰り返し設けられた形状を有する。

各第２基板２０の一方の板面（図５参照）には、複数の第２流路１４を形成するための複数の第２流路用溝部３４が形成されている。なお、図５では、図４と同様、第２基板２０に形成された複数の第２流路用溝部３４全体の外形を示しており、第２流路用溝部３４の１本ずつの図示については省略しているが、図５に示した外形内に複数の第２流路用溝部３４が並列配置されている。第２基板２０の前記一方の板面における複数の第２流路用溝部３４の開口がその板面上に積層された第３基板２２で封止されることによって、その一方の板面側に配列された複数の第２流路１４が形成されている。

この第１実施形態では、各第２基板２０の前記一方の板面側に配列された複数の第２流路１４は、２系統に分かれている。具体的には、この複数の第２流路１４は、第２基板２０の幅方向の中心から一方側に配置された一方の群の第２流路１４と、第２基板２０の幅方向の中心から他方側に配置された他方の群の第２流路１４とによって構成されている。前記一方の群の第２流路１４は、第２基板２０の幅方向の中心側からその第２基板２０の幅方向の前記一方側の端縁側へ直線的に延びる部分と、その部分から折り返されて第２基板２０の幅方向の中心側へ直線的に延びる部分とが繰り返し設けられた形状を有する。また、前記他方の群の第２流路１４は、前記一方の群の第２流路１４と第２基板２０の幅方向の中心に対して対称となる形状を有する。

第２基板２０の前記一方の板面側に配列された各第２流路１４の一端は、第２基板２０の長手方向に沿う流路構造体６の長手方向における一方の端面、具体的には前記第１排出口１２ｂが配置された側の端面において開口している。これらの開口は、各第２流路１４へ冷却流体を導入するための第２導入口１４ａとなっている。第２基板２０の前記一方の板面側に配列された各第２流路１４の第２導入口１４ａと反対側の端部は、第２基板２０の長手方向に沿う流路構造体６の長手方向における他方の端面、具体的には前記第１導入口１２ａが配置された側の端面において開口している。これらの開口は、各第２流路１４から冷却流体を排出するための第２排出口１４ｂとなっている。

第３基板２２の一方の板面（図６参照）には、複数の第３流体室１６を形成するための複数の第３流体室用溝部３６が形成されている。なお、図６では、図４と同様、第３基板２２に形成された複数の第３流体室用溝部３６全体の外形を示しており、第３流体室用溝部３６の１本ずつの図示については省略しているが、図６に示した外形内に複数の第３流体室用溝部３６が並列配置されている。第３基板２２の前記一方の板面における複数の第３流体室用溝部３６の開口がその板面上に積層された第１基板１８又は第２基板２０で封止されることによって、その一方の板面側に配列された複数の第３流体室１６が形成されている。１つの第３基板２２の一方の板面側に配列された第３流体室１６の数は、１つの第１基板１８の一方の板面側に配列された第１流路１２の数と同じになっている。

この第１実施形態では、各第３流体室１６は、流路状に形成されている。具体的には、第３基板２２の一方の板面側に配列された複数の第３流体室１６は、第１基板１８の一方の板面側に配列された複数の第１流路１２と第１基板１８の幅方向において対称となる形状を有する。流路構造体６のうち各基板１８，２０，２２の長手方向において第１排出口１２ｂが設けられた側の端部近傍で且つ各基板１８，２０，２２の幅方向において第１排出口１２ｂが設けられた側と反対側の端部近傍の位置には、第３導入口１６ａが形成されている。また、流路構造体６のうち各基板１８，２０，２２の長手方向において第１導入口１２ａが設けられた側の端部近傍で且つ各基板１８，２０，２２の幅方向において第１導入口１２ａが設けられた側と反対側の端部近傍の位置には、第３排出口１６ｂが形成されている。第３導入口１６ａ及び第３排出口１６ｂは、第１導入口１２ａ及び第１排出口１２ｂと形状等は同様に構成されているが、封止されている。具体的には、第３導入口１６ａは、各第３流体室１６に媒介流体を充填するときに媒介流体の導入口として用いられた後、封止されている。第３排出口１６ｂは、各第３流体室１６に媒介流体を充填するときに空気抜きのため及び充填初期のある程度の媒介流体を排出するために用いられた後、封止されている。なお、第３導入口１６ａ及び第３排出口１６ｂは、配管に接続されていてもよい。

以上のように構成された流路構造体６において、第１基板１８の一方の板面側に配列された複数の第１流路１２の第１基板１８の幅方向に直線的に延びる部分の形成領域と、第２基板２０の一方の板面側に配列された複数の第２流路１４の第２基板２０の幅方向に直線的に延びる部分の形成領域と、第３基板２２の一方の板面側に配列された複数の第３流体室１６の第３基板２２の幅方向に直線的に延びる部分の形成領域とは、各基板１８，２０，２２の積層方向から見て互いに重なって一致している。また、第１基板１８の一方の板面側に配列された各第１流路１２のうち第１基板１８の幅方向に直線的に延びる部分と、第３基板２２の一方の板面側に配列された各第３流体室１６のうち第３基板２２の幅方向に直線的に延びる部分とは、等しい流路幅を有しているとともに、各基板１８，２０，２２の積層方向に並び、その積層方向から見て互いにずれなく重なるように配置されている。また、この第１実施形態では、熱交換器本体２（流路構造体６）は、第１導入口１２ａ及び第２排出口１４ｂが上側に位置するとともに第１排出口１２ｂ及び第２導入口１４ａが下側に位置し、且つ、流路構造体６の長手方向（各基板１８，２０，２２の長手方向）が上下方向に一致するように配置される。

供給ヘッダ８は、流路構造体６のうち第２導入口１４ａが形成された端面に取り付けられている。供給ヘッダ８には、図略の供給配管が接続されてその供給配管を通じて冷却流体が供給されるようになっている。供給ヘッダ８内には、供給される冷却流体が通る内部空間が設けられており、この内部空間は、供給ヘッダ８が流路構造体６に取り付けられた状態で、流路構造体６に設けられた全ての第２流路１４の第２導入口１４ａと連通するようになっている。すなわち、供給ヘッダ８に供給された冷却流体は、その内部空間から各第２流路１４の第２導入口１４ａに分配されて導入されるようになっている。

排出ヘッダ１０は、流路構造体６のうち第２排出口１４ｂが形成された端面に取り付けられている。排出ヘッダ１０には、図略の排出配管が接続され、その排出配管を通じて排出ヘッダ１０から冷却流体が排出されるようになっている。排出ヘッダ１０内には、排出される冷却流体が通る内部空間が設けられており、この内部空間は、排出ヘッダ１０が流路構造体６に取り付けられた状態で、流路構造体６に設けられた全ての第２流路１４の第２排出口１４ｂと連通するようになっている。すなわち、各第２流路１４を流れた冷却流体は、それらの第２排出口１４ｂから排出ヘッダ１０の内部空間に流出し、その内部空間から排出配管を通じて排出されるようになっている。

漏れ検知装置４は、第１流路１２から第３流体室１６への被冷却流体の漏洩を検知するためのものである。漏れ検知装置４は、第３流体室１６内の媒介流体の圧力を検知する圧力計４ａを有する。漏れ検知装置４は、この圧力計４ａによる圧力検知によって第１流路１２から第３流体室１６への被冷却流体の漏洩を検知する。具体的には、圧力計４ａは、例えば、第１導入口１２ａを通じて流路構造体６内の全ての第３流体室１６に接続されている。第１流路１２から第３流体室１６へ被冷却流体が漏洩したときには第３流体室１６内の媒介流体の圧力が上昇するので、圧力計４ａがその圧力の上昇を検知することで第１流路１２から第３流体室１６への被冷却流体の漏洩を検知できるようになっている。

次に、この第１実施形態の熱交換器において行われる冷却流体と被冷却流体との熱交換のプロセス及び第１流路１２からの被冷却流体の漏洩の検知プロセスについて説明する。

この第１実施形態における熱交換では、被冷却流体として、高圧の水素ガスが用いられ、冷却流体として非常に低温（−４０℃〜−５０℃）の冷媒が用いられる。冷却流体として供給される冷媒は、熱交換器に供給される時点では液体である。また、媒介流体としては、エチレングリコール等のブライン（不凍液）が用いられる。

被冷却流体が、第１導入口１２ａを通じて流路構造体６内の各第１流路１２に分配して供給され、冷却流体は、供給ヘッダ８を通じて流路構造体６内の各第２流路１４に分配して供給される。各第１流路１２に供給された被冷却流体は、第１導入口１２ａ側から第１排出口１２ｂ側へ向かってその第１流路１２を流れ、全体的に見ると上方へ移動する。一方、各第２流路１４に供給された冷却流体は、第２導入口１４ａ側から第２排出口１４ｂ側へ向かってその第２流路１４を流れ、全体的に見ると下方へ移動する。この過程において、各第１流路１２を流れる被冷却流体と、その第１流路１２と基板１８，２０，２２の積層方向において隣り合う第２流路１４を流れる冷却流体との間で、その両流路１２，１４間に位置する第３流体室１６内の媒介流体及び流路構造体６のうちその両流路１２，１４間に位置する部分を介して熱交換が行われる。これにより、被冷却流体が冷却される。そして、各第１流路１２を流れた被冷却流体は、第１排出口１２ｂを通じて排出され、各第２流路１４を流れた冷却流体は、排出ヘッダ１０を通じて排出される。

第１流路１２には、高圧の被冷却流体が流されるため、熱交換器を装備した装置の稼働と停止が繰り返されて第１流路１２への高圧の被冷却流体の供給と供給停止とが繰り返し行われると、流路構造体６の第１流路１２を形成する積層基板１８，２２間の部位に繰り返し負荷が掛かり、その部位に亀裂等の損傷が生じる虞がある。仮にこのような損傷が生じて、第１流路１２から被冷却流体が漏洩した場合には、この第１実施形態では、その第１流路１２に隣り合う第３流体室１６に流れ込む。この場合には、第３流体室１６内の媒介流体の圧力が上昇するので、漏れ検知装置４の圧力計４ａによりその圧力の上昇を検知することができる。このため、第１流路１２から漏洩した被冷却流体が第２流路１４に浸入してその第２流路１４を流れる冷却流体に混入する前段階で被冷却流体の漏洩を検知することができる。しかも、圧力計４ａによる第３流体室１６内の媒介流体の圧力検知により第３流体室１６内に被冷却流体が浸入したことを検知できるので、第１流路１２からの被冷却流体の漏洩を早期に検知することができる。

また、この第１実施形態では、第１流路１２から漏洩した被冷却流体が第３流体室１６に流れ込むので、第１流路１２から漏洩した被冷却流体が第２流路１４に流れ込むのを阻止することができる。このため、第２流路１４を流れる冷却流体に被冷却流体が混入して熱交換器の外部に排出されるのを防ぐことができる。

また、この第１実施形態では、第３流体室１６内の媒介流体は、空気の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有するので、第１流路１２を流れる被冷却流体と第２流路１４を流れる第２流体との間での熱交換が媒介流体によって阻害されるのを抑制することができる。むしろ、この第１実施形態では、媒介流体としてエチレングリコール等のブラインを用いているため、第１流路１２と第２流路１４との間で比較的良好な伝熱性能を付与することができ、被冷却流体と冷却流体との間で比較的良好な熱交換を確保することができる。

（第２実施形態）
次に、図７を参照して、本発明の第２実施形態による熱交換器の構成について説明する。

この第２実施形態では、流路構造体６の第３流体室１６内の媒介流体を流動させるようになっている。

具体的には、この第２実施形態では、第３流体室１６へ媒介流体を導入するための第３導入口１６ａ及び第３流体室１６から媒介流体を排出するための第３排出口１６ｂは、封止されておらず、その第３導入口１６ａと第３排出口１６ｂとを繋ぐように流動装置４０が設けられている。

流動装置４０は、各第３流体室１６内の媒介流体を流動させる装置である。この流動装置４０は、第３導入口１６ａ側から第３排出口１６ｂ側へ向かって第３流体室１６内の媒介流体を流通させるとともに、第３排出口１６ｂから排出された媒介流体を第３導入口１６ａへ戻して循環させる。

具体的には、流動装置４０は、第３導入口１６ａと第３排出口１６ｂとを繋ぐ配管４２と、その配管４２に設けられたポンプ４４とを有する。配管４２の一端は、第３導入口１６ａに取り付けられた図略のノズルを介して第３導入口１６ａに接続されており、配管４２の他端は、第３排出口１６ｂに取り付けられた図略のノズルを介して第３排出口１６ｂに接続されている。ポンプ４４は、配管４２を通じて第３導入口１６ａへ媒介流体を送出する。それによって、媒介流体が、各第３流体室１６内を第３排出口１６ｂ側へ流れるとともに各第３流体室１６から第３排出口１６ｂを通じて排出され、その排出された媒介流体が配管４２を通じてポンプ４４に戻って第３導入口１６ａへ再供給されるようになっている。この第２実施形態では、配管４２に漏れ検知装置４の圧力計４ａが設けられている。

また、この第２実施形態では、配管４２が図略の保温材によって覆われており、配管４２内を流れる媒介流体が保温されるようになっている。具体的には、媒介流体は、第３流体室１６内を流れて冷却流体と被冷却流体との間の熱交換を媒介することによって低温になるが、流路構造体６の外部の配管４２を通じて第３導入口１６ａに戻される間は熱交換を媒介しないので、昇温する虞がある。ここで媒介流体が昇温すると、その媒介流体が第３導入口１６ａに戻されて第３流体室１６内を流れるときにその媒介流体による冷却流体と被冷却流体との間の熱交換の媒介性能が低下する。このため、この第２実施形態では、配管４２を保温材で覆ってその配管４２内を流れる媒介流体が低温に保たれるようにしている。

この第２実施形態では、流動装置４０により第３流体室１６内で媒介流体を流動させることができるので、第３流体室１６内における媒介流体の温度分布を早急に均一化してその媒介流体による冷却流体と被冷却流体との間の熱交換の媒介性能を向上させることができる。

この第２実施形態による熱交換器の上記以外の構成及び効果は、上記第１実施形態による熱交換器と同様である。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上記実施形態では、圧力計を有していてその圧力計による圧力検知によって流体の漏れを検知する漏れ検知装置を示したが、本発明における漏れ検知装置はこのようなものに限定されない。具体的には、例えば、被冷却流体の成分を検知するガスセンサを有する漏れ検知装置を用いてもよい。

また、上記実施形態の構成において、漏れ検知装置を省略してもよい。

また、上記実施形態では、被冷却流体を第１流体とし、冷却流体を第２流体としたが、これは逆であってもよい。また、本発明の熱交換器は、流体の冷却に適用されるものに限定されない。すなわち、流体の加熱に本発明の熱交換器を用いることも可能である。この場合には、第１流体と第２流体のいずれか一方を被加熱流体とし、他方をその被加熱流体を加熱するための加熱流体とすればよい。

また、上記第１実施形態では、第１流体として被冷却流体の一例である水素ガスを用い、第２流体として冷却流体の一例である非常に低温の冷媒を用いたが、第１流体及び第２流体としてはこれら以外の様々な流体を適用可能である。例えば、第１流体としては、水素以外の可燃性ガスや、一酸化炭素ガス等の各種有毒ガス、また、各種高圧ガスが適用される。

また、第３流体は、上記エチレングリコール等のブラインのような媒介流体に限定されない。例えば、第３流体は、空気等のガスであってもよく、第１流体と第３流体との間の熱交換を媒介する能力を有していない流体であってもよい。

また、第１流路、第２流路及び第３流体室の形状としては、上記以外の様々な形状を適用することができる。例えば、第１流路及び第２流路は、上記のような折り返しを繰り返すような流路形状のものに限定されず、例えば、直線状に延びるものであってもよい。また、第３流体室は、上記のような隣り合う各第１流路と対応するように設けられた流路状のものに限定されない。例えば、第３流体室を幅広の大きな空間としてもよい。この場合、第３流体室のうち第３基板の幅方向に直線的に延びる部分は、基板の積層方向から見て、その第３流体室に対応する第１流路のうち同方向に直線的に延びる部分を覆うとともにその部分の流路幅方向における両外側にまで及ぶ範囲に設けることが好ましい。

また、上記実施形態では、第１流路から第３流体室へ被冷却流体（第１流体）が漏洩する例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、第２流路から第２流体が漏洩する場合でも、その第２流体は第３流体室に流れ込む。このため、その第２流体の漏洩を漏れ検知装置で検知することができるとともに、その第２流体が第１流路に浸入するのを阻止することができる。この場合には、漏れ検知装置として、上記実施形態と同様の圧力計を有する漏れ検知装置を用いるか、又は、第２流体の成分を検知可能なセンサを有する漏れ検知装置を用いればよい。

また、熱交換器本体（流路構造体）の配置の向きは、上記のように基板の長手方向が上下方向に一致する向きに限定されない。例えば、基板の長手方向が水平方向に一致する向きや、その他、斜め向き等に熱交換器本体（流路構造体）を配置してもよい。

また、本発明における流動装置は、上記した媒介流体（第３流体）を流路構造体の外部の配管を通じて循環させるタイプのものに限定されない。例えば、第３流体室内で媒介流体（第３流体）を流動させるタイプの流動装置を用いてもよい。

４漏れ検知装置
４ａ圧力計
６流路構造体
１２第１流路
１４第２流路
１６第３流体室
１８第１基板（第１層）
２０第２基板（第２層）
２２第３基板（第３層）
２６積層体
４０流動装置

Claims

第１流体と第２流体とをそれぞれ流通させながらそれらの流体同士の間で熱交換させる熱交換器であって、
前記第１流体を流通させる複数の第１流路が配列された第１層と、前記第２流体を流通させる複数の第２流路が配列された第２層と、第３流体が入った第３流体室が設けられた第３層とが積層された積層体を有する流路構造体を備え、
前記第３層は、前記第１層と前記第２層との間に介在している、熱交換器。
前記第３流体室に接続され、前記第１流路から前記第３流体室への前記第１流体の漏洩及び前記第２流路から前記第３流体室への前記第２流体の漏洩のうち少なくとも一方を検知する漏れ検知装置を備える、請求項１に記載の熱交換器。
前記漏れ検知装置は、前記第３流体室内の前記第３流体の圧力を検知する圧力計を有する、請求項２に記載の熱交換器。
前記第３流体は、空気の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
前記第３流体室内の前記第３流体を流動させる流動装置を備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器。